东南沿海木麻黄人工林生物量和生产力的纬度格局及影响因素

黄云鹏，黄雍容,，叶功富,，徐伟强，聂森,，林智勇

( 1.福建省林业科学研究院，福建 福州 350012；2.福建省木麻黄工程技术研究中心，福建 福州 350012)

森林生物量和生产力是衡量森林群落结构和功能最基本的数量特征，是判定和评价生态系统修复、稳定性与可持续性的基础[1]。森林生物量反映了森林利用自然潜力的能力，是衡量森林群落生产力的重要指标，同时也是量化陆地生态系统碳储量和碳汇量的核心指标[2]。定量研究植被生物量及其在环境梯度上的变化有助于掌握不同环境条件下生态系统有机质积累、转化以及能量流动的规律,提高生态系统碳储量和碳汇量的预测精度[3],认识植被适应性以及生态系统结构与功能的空间差异及其成因[4]。研究表明，气候是影响植物生物量分配格局的因素之一，生物量与气候因素之间存在显著关系[5]，特别是降雨量和温度是影响生物量分配的重要环境因子[6]。植被生物量在纬度梯度上的变化规律及其成因是揭示植被结构特征与环境相互作用的重要途径。纬度梯度上气候、土壤和植被等非生物、生物因素及其相互作用都会发生不同程度的变化[7]。有关木麻黄人工林生物量和生产力在纬度梯度上的分配格局研究较少，影响木麻黄人工林生产力的主要环境因子有哪些，不同年龄木麻黄人工林生产力是否受相同环境因子调控，这些问题都值得深入研究。

本研究以东南沿海不同纬度5个省份(海南、广东、广西、福建和浙江)8个地区的不同龄组木麻黄人工林为研究对象，采用平均木法计算木麻黄人工林的生物量和净初级生产力，对比中龄林和成熟林生产力及其与主要环境因子的相关性，有助于预测未来气候变化下木麻黄人工林的生态功能，为制定木麻黄人工林适应气候变化的质量精准提升措施提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 研究区概况

本研究以东南沿海不同纬度5个省份(海南、广东、广西、福建和浙江)8个地区的木麻黄人工林为研究对象，于2007年10月—2008年7月对其生物量进行调查，开展生产力测算研究，各研究地概况见表1。

表1 木麻黄人工林样地基本概况

1.2 样地设置及调查

选择林相、地形及林分生长较一致，有代表性的林分布设样地。每个试验点分别设置3个10 m×10 m样方，共调查30个样方。调查林分的郁闭度、植被状况，采用每木检尺法，对样地内胸径>4 cm的所有乔木进行编号，调查林木的胸径、树高、枝下高和冠幅等指标。

1.3 生物量测定

采用平均木法进行生物量的测定。平均木法是采伐最接近林分平均胸高断面积和平均高的树木，根据平均木质量外推整个林分的生物量。浙江4个林分、福建东山2个林分、海南文昌24年生林分各采伐1株平均木，其他木麻黄林分根据等株径级平均木法，把林木大小划分3个径级，各径级选取1株平均木进行生物量测定。本研究总共采伐16株标准木，划分为干(茎)、枝、小枝(木麻黄真正的叶退化成小鳞片状，围绕于小枝节上)、根四大组分进行生物量的测定。地上部分采取分层截取法(福建东山2个林分除外)，按2 m分层，再按不同组分现场称量其鲜质量。地下部分(根系)采取全挖法，以树干为圆心，1 m为半径，将其内的根系全部挖出。各组分称鲜质量后独立混合抽样100～200 g，带回室内用烘箱105 ℃烘至恒质量，测定含水率，每株标准木的取样个数为4个。另外，在进行生物量测定同时，还测量了每2 m段树干中部的直径，最后不足2 m的末段测量其基部直径，以此来求算单木树干材积。树干材积采取中央断面区分求积法求算[8]。

1.4 生产力计算

本文采用平均净初级生产力作为生产力的估测指标，即以林分或各组分的生物量被年龄所除之商[9，10]，用下式求算：

NPP=w/a

2.1 HER-2蛋白在3组中的表达 在80例OC患者、40例良性卵巢肿瘤组织、20例正常卵巢组织的石蜡组织切片中，HER-2蛋白表达阳性率分别为 42.5%（34/80）、0.25%(1/40)、0.00%（0/20）， 卵巢癌患者与良性卵巢组织以及正常卵巢组织表达有明显的差异，有统计学意义（P＜0.05）（如表 1），而良性卵巢组织和正常卵巢组织表达差异（P＞0.05）。

式中：NPP代表年平均净初级生产量，w为林分或组分生物量，a为林分年龄。

因凋落物层、花、果生物量及被动物或昆虫采食部分未作测定，故本文所测算的生产力值较正常生产力水平低[11]。

1.5 数据处理

数据分析采用Microsoft Excel 2003整理，用SPSS 13.0统计软件进行胸径和树高的方差分析。

2 结果与分析

2.1纬度梯度上不同龄组木麻黄人工林单木生物量格局

纬度梯度上不同龄组木麻黄单木胸径、树高和生物量有一定差异(表1、表2)。木麻黄中龄林和成熟林的单木，胸径分别为11.2～15.1 cm和14.1～23.5 cm，树高分别为12.1～17.5 m和14.0～22.3 m，全树生物量为73.94～131.39 kg和152.81～463.35 kg。

表2 木麻黄人工林单木生物量 单位：kg

木麻黄中龄林的树高和生物量均随纬度升高而降低，其中海南文昌和广东电白木麻黄中龄林的树高、胸径和生物量显著大于福建、东山和浙江温州的林分，但海南文昌和广东电白的木麻黄中龄林各指标无显著差异。生物量在各器官间的分配不同地理位置表现出高度一致，均为干>根>枝>小枝。

木麻黄成熟林单木生物量在纬度梯度上呈无规则变化。广西钦州木麻黄成熟林胸径和生物量显著小于其他研究区，海南文昌的木麻黄成熟林树高和生物量显著大于其他省份。除广西钦州外，其他地区木麻黄成熟林生物量在各器官间的分配表现一致，为干>根>枝>小枝。

2.2纬度梯度上不同龄组木麻黄人工林生物量格局

木麻黄中龄林和成熟林生物量在纬度梯度上未形成规律性变化(表3)。木麻黄中龄林林分生物量为130.30～171.91 t·hm-2，平均为153.11 t·hm-2；成熟林生物量为193.40～297.59 t·hm-2，平均为242.65 t·hm-2。

表3 木麻黄人工林的林分生物量

广东电白木麻黄中龄林具有较高林分生物量，浙江温州木麻黄中龄林林分生物量远低于其他地区。广东电白木麻黄中龄林林分生物量在器官上的分配异于其他研究区，表现为干>枝>根>小枝，其他研究区表现为干>根>枝>小枝。

浙江玉环和福建东山木麻黄成熟林林分生物量远大于其他研究区，广西钦州的林分生物量远低于其他研究区。各研究区木麻黄成熟林生物量在各器官的分配表现一致，均为干>根>枝>小枝。

2.3 纬度梯度上木麻黄人工林生产力格局

随着林龄的增长，木麻黄人工林生产力呈下降趋势(表4)。木麻黄中龄林生产力为9.31～14.30 t·hm-2·a-1，平均值为12.40 t·hm-2·a-1；成熟林生产力为8.41～10.77 t·hm-2·a-1，平均为9.74 t·hm-2·a-1。较高纬度的浙江温州木麻黄中龄林生产力显著低于其他研究区；各研究区木麻黄成熟林的生产力较一致，差异不显著。

表4 木麻黄人工林生产力格局

2.4纬度梯度上木麻黄人工林生产力与主要环境因子的相关性

各地区木麻黄中龄林和成熟林的生产力(修正生产力)分别与所在地区的年均温、年均降水量、实际蒸散量的关系拟合模型见表5。不同林龄(中龄林和成熟林)林分的生产力与热量、水分的相关程度差异较大。木麻黄中龄林的生产力与年均温、年均降水量、实际蒸散量拟合效果较好，相关系数分别为0.977 4、0.994 8、0.983 0，可见木麻黄中龄林生产力与3种环境因子呈显著相关。木麻黄成熟林生产力与年均温、年均降水量、实际蒸散量拟合的相关系数分别为0.336 6、0.796 6和0.335 8，效果较差，可见成熟林生产力与主要环境因子的相关性不显著。

表5 木麻黄人工林生产力与主要环境因子关系拟合模型

3 讨论和结论

3.1 木麻黄中龄林和成熟林单木胸径、树高和生物量随纬度变化有差异。中龄林的树高和生物量均随纬度升高而降低，低纬度地区的胸径大于高纬度地区。木麻黄成熟林单木生物量在纬度梯度上呈无规则变化。除广西钦州外其他研究区中龄林和成熟林生物量在各器官间的分配不同地理位置表现出高度一致，均为干>根>枝>小枝。成熟林中，海南文昌林分单木生物量大约是钦州的3倍，是浙江舟山、福建东山林分的2倍多，是浙江台州、玉环林分的2倍。海南文昌表现出较高的单木生物量可能与其所处的地理气候条件有关，该地区是典型的热带海洋季风气候区，水热资源丰富，有机质分解迅速，养分循环利用快[12]。广西钦州23年生林分单木生物量只有152.81 kg，该研究区林下植被稀少，林带内只零星分布着一些草本植物，林木的根系裸露；土壤表层粗沙含量多，并夹带贝壳，尽管当地水热资源较丰富，因林地处于最大高潮线下，林分经常遭受台风、风暴潮的袭击，导致林木生长缓慢。

3.2 木麻黄中龄林和成熟林生物量在纬度梯度上未形成规律性变化。广东电白木麻黄中龄林具有较高的林分生物量，广西钦州木麻黄成熟林林分生物量远低于其他地区；除广东电白外，各研究区木麻黄成熟林生物量在各器官的分配表现为干>根>枝>小枝。

3.3 随着林龄的增长，木麻黄人工林生产力呈下降趋势，中龄林生产力大于成熟林。较高纬度的浙江温州木麻黄中龄林生产力显著低于其他研究区；各研究区木麻黄成熟林的生产力较一致，差异不显著。

3.4 木麻黄中龄林和成熟林林分的生产力与热量、水分的相关程度差异较大。中龄林的生产力与年均温、年均降水量、实际蒸散量相关性强；成熟林则相反，拟合效果较差，其生产力与主要环境因子的相关性不显著。不同年龄林分的生产力与热量、水分的相关程度的差异及相关的生态学问题有待深入研究。